Μελέτες δομής και αυτοσυγκρότησης πεπτιδίων - αναλόγων πρωτεϊνών υπευθύνων για παθολογικές αμυλοειδώσεις και για τη δημιουργία λειτουργικών αμυλοειδών

Abstract

Amyloid fibrils are formed by soluble proteins/peptides that convert under certain denaturing conditions into insoluble fibrous aggregates. Several proteins with important but otherwise unrelated functions have been associated with amyloid deposition, although they present neither sequence nor structural similarities. A number of widespread diseases, such as AL, AA or ATTR amyloidosis, neurodegenerative diseases (Alzheimer’s, Parkinson’s or Creutzfeldt-Jakob’s disease), type-II diabetes and several other major pathological conditions are a consequence of unrestrained deposition of amyloid causing tissue degeneration. However, organisms spanning from bacteria to humans occasionally produce functional amyloids, in an effort to support pivotal biological processes. Structural studies reveal that short sequence stretches with high aggregation propensity promote the overall amyloidogenic tendency of a protein. Such “aggregation-prone” regions, named amyloidogenic determinants, are responsible for the self-aggregation of proteins associated with the formation of amyloids. This thesis was focused towards the identification and experimental verification of “aggregation-prone” segments in amyloidogenic proteins associated with the formation of both functional and pathological amyloids. An integrative structural/biophysical approach was carried out, utilizing transmission electron microscopy, X-ray diffraction, ATR FT-IR spectroscopy and polarizing microscopy. Furthermore, computational studies were performed utilizing several bioinformatics techniques. The above were combined in an effort to uncover the unknown underlying mechanisms behind the formation and structure of amyloid fibrils.

Σφαιρικές υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες, υπό ορισμένες συνθήκες, αδυνατούν να αποκτήσουν τη φυσιολογική τους στερεοδιάταξη στο χώρο. Ως αποτέλεσμα τα πρωτεϊνικά μόρια αυτοσυγκροτούνται σε ινίδια που εμφανίζουν χαρακτηριστικές ιδιότητες και ονομάζονται αμυλοειδή. Τα αμυλοειδή ινίδια σχηματίζουν εξωκυτταρικές ή/και ενδοκυτταρικές εναποθέσεις που προκαλούν την καταστροφή κυττάρων/ιστών και σχετίζονται με μια ετερογενή ομάδα ασθενειών, τις αμυλοειδώσεις. Οι αμυλοειδώσεις περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, τις νευροεκφυλιστικές νόσους του Alzheimer, του Parkinson, τις σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες, τον διαβήτη τύπου ΙΙ, ακόμη και ορισμένους τύπους καρκίνου. Συχνά, οργανισμοί από τα βακτήρια έως και τον άνθρωπο παράγουν φυσικά λειτουργικά αμυλοειδή, τα οποία εκμεταλλεύονται για να εξυπηρετήσουν πολύπλοκες βιολογικές διεργασίες, απαραίτητες για την ομαλή επιβίωση τους. Μικρές αλληλουχίες, γνωστές ως αμυλοειδογόνοι καθοριστές, τμήματα των αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών, διακρίνονται για την αυξημένη ροπή που εμφανίζουν προς συσσωμάτωση. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στην αναζήτηση και πειραματική επιβεβαίωση αμυλοειδογόνων καθοριστών πρωτεϊνών που σχετίζονται με τη δημιουργία τόσο λειτουργικών όσο και παθολογικών αμυλοειδών. Οι αμυλοειδογόνες ιδιότητες των αναγνωρισμένων περιοχών μελετήθηκαν και επιβεβαιώθηκαν με τη χρήση βιοφυσικών μεθόδων, όπως είναι η ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης, η περίθλαση ακτίνων-Χ, η φασματοσκοπία υπερύθρου και η πολωτική μικροσκοπία. Σε επόμενο στάδιο, επιχειρήθηκε η διερεύνηση των άγνωστων μηχανισμών που διέπουν το δίπλωμα και την αυτοσυγκρότηση των αμυλοειδογόνων πρωτεϊνών σε ινίδια με χρήση υπολογιστικών μεθόδων δομικής βιοπληροφορικής.